心电信号采集与信号处理+proteus仿真(4)
在20世纪50年代以前，心电图仪的发展主要是解决了小型化和提高灵敏度的问题。在这方面，德国的西门子和霍尔斯克公司做出了突出的贡献。50年代中期以后，心电图仪的改进步入了一个更高的层次，即计算机化以及与其他检测技术合成的阶段。美国在50年代首先开始研究用计算机处理心电图。1959年，在华盛顿举行的一次关于心电图数据处理方法的会议上，鉴定了一个模拟转换器和心电图分析的计算机程序。1960年，美国及加拿大的医疗中心相继开创了冠心病监护病房(CCU)和加强护理病房(ICU)，通过长时间的示波监护及血流动力学监测对病人进行治疗[7]。但是，面对数量庞大、分布环境复杂的院外患者，Holter和CCU等还是无法解决问题。20世纪70年代，美国研制成功了利用电话线传送心电图的监测系统。TTM系统是以微机为基础的心电传输、接收和心电数据库管理系统，通过电话线传输心电信息及计算机处理实现对病人的心电监护。病人应用记录发射器可随时、随地通过电话线向监测中心传输心电数据，医生根据心电信号改变和患者诉说的病情，向患者提供诊断与治疗意见，为院外心脏病人的长期心电监测和治疗提供了方便。在此后的20多年中，TTM系统取得迅速地发展，而且与之相对应的患者随身携带的心电监护仪也取得了很大的发展。20世纪晚期又采用集成块代替晶体管，从而使原来庞大的心电检测系统改革成为一只精巧、美观、实用的心电仪器。
3 系统设计
3.1 设计思路
心电信号很难直接获取，因为许多种类的微弱信号用普通的测量仪是很难测出来的，例如人的脑电、心电信号等。心电信号的电压幅值很小，在0.05～5mV之间(一般为2mV)，频率在0.05Hz～75Hz之间,这些信号极易被外界干扰信号淹没。另外,心电信号的输出电流也极其微弱,不能用低输入阻抗放大器进行放大处理.因此，为放大这类信号，必须采用高放大倍数、高输入阻抗的放大器进行采集放大。但仅考虑高放大倍数、高输入阻抗还不能有效地将心电信号采集输出，还应考虑放大器的抗干扰作用，因为有些干扰信号的幅值已大于或接近于心电信号幅值，如果放大器没有足够高的信噪比,也很难将心电的有用信号采集到。所以这种微电压放大器不仅要考虑它的放大倍数,还要考虑它的抗干扰能力。
3.2 系统框架 由于心电信号十分微弱，所以需要采用前置放大电路进行放大。右腿驱动电路的反馈共模电压可以消除人体共模电压产生的干扰，还可以抑制工频干扰。低通滤波电路把高频干扰部分滤除掉，50Hz陷波电路滤除了工频干扰后把信号送给A/D转换电路，使信号频率达到采样要求，调制电路将信号调整到适合在信道中传输的频率并传送给发射天线传输；接收天线把接收到的信号送人解调电路，然后进行DA转换，最后得到近似原始的心电信号。
3.3 电路设计（放大部分）
3.3.1 前置放大电路
前置放大电路是心电信号最先传入的电路，也是最重要的部分，它的好坏直接影响到整个电路的性能。因此，前置放大电路应满足以下要求：
高输入阻抗；高共模抑制比；低噪声、低漂移、非线性度小；合适的频带和动态范围。
因此，我采用LM358作为前置放大器的主要器件。电路图如下：
图1. 前置放大电路
前置放大倍数 G1=1+18/2=10
3.3.2 右腿驱动电路
体表驱动电路是专门为克服50Hz共模干扰，提高CMRR而设计的。原理是采用人体为相加点的共模电压并联反馈，其方法是取出前置放大中的共模电压，经过驱动电路倒相放大后再加回体表上，一般的做法是将此反馈共模信号接到人体的右腿上，所以称为右腿驱动，通常，病人在做正常的心电检测时，空间电场在人体产生的干扰电压以及共模干扰时非常严重，而使用右腿驱动电路就能很好的解决上述问题。下图就是右腿驱动的电路图：